不同下垫面径流系数与雨强及历时关系的实验研究

城市下垫面类型的多样化,使得径流系数在时空上的变化越来越复杂。采用自制模拟降雨系统,对SBS、不透水地砖、水泥地面、透水砖和草地等典型下垫面进行了实验研究。结果表明:弱透水性的下垫面径流系数容易达到较高的稳定值,透水砖的下渗能力接近草地。双曲线模型能够较准确地描述径流系数与单影响因素之间的关系,并得了到具有一定物理意义的降雨历时(或雨强)与各下垫面径流系数的最优拟合公式,且除透水砖外其相关系数达92%~97%,可见降雨历时对径流系数的影响较大。相同降雨条件下,3种弱透水性下垫面按径流系数由大到小依次为:不透水砖、SBS、水泥路面。降雨量较小时,下垫面的表面洼蓄及附着水层的比例不能忽略,此时径流系数不能反映渗透能力。透水砖和草地的下渗能力很强,适当增加其面积可提高城市雨水下渗能力。本研究可为城市雨水利用研究的后续工作提供参考。     

喀斯特地区坡面不同土地利用方式水土流失及磷素输出对次降雨特征的响应

为探究喀斯特地区坡面不同土地利用方式下水土流失及磷素输出对次降雨特征的响应,对喀斯特地区不同土地利用方式(水保林、耕地、自然草地、裸地、经果林)坡面场次降雨的水土流失和磷素输出进行了分析。结果表明:5种土地利用方式的径流系数由大到小整体表现为裸地自然草地耕地水保林经果林,而单位面积产沙量、单位面积磷流失量整体表现为耕地裸地经果林水保林自然草地。其中耕地和裸地在大雨量、高强度降雨事件的影响下径流系数、单位面积产沙量、单位面积磷流失量急剧增大。雨强是影响水土流失、磷素输出的重要因素,可以很好地拟合水土流失量。径流中磷素输出以颗粒态磷(PP)为主,占总磷(TP)的比例介于75.47%~97.91%之间。降雨引起的耕地径流[0.73 mg·L-1ρ(TP)2.49 mg·L-1]、裸地径流[0.10 mg·L-1ρ(TP)0.50 mg·L-1]和经果林径流[0.13 mg·L-1ρ(TP)0.46 mg·L-1]磷输出对受纳水体磷的含量有增加的风险,而自然草地径流[0.03 mg·L-1ρ(TP)0.09mg·L-1]影响较小。坡面水土流失和磷素输出与降雨过程、土地利用方式关系密切,可以通过优化土地利用结构、减少人为扰动有效防治水土流失,减轻流域面源污染。     

高羊茅草地地表径流系数影响因素研究

高羊茅作为我国北方典型冷季型城市草坪草,具有调蓄雨水的作用。为了进一步深入研究北方高羊茅草地的降雨径流,本文采用人工模拟降雨试验,研究了高羊茅草地在不同覆盖度(60%和90%)及不同雨强(30、60和90mm/h)条件下的径流系数变化过程及其与影响因子之间的关系,并用裸地作为对照,得出高羊茅草地在不同试验条件下的径流系数削减率。研究结果表明:1)高羊茅草地初始产流时间随雨强增加逐渐提前,随着覆盖度的增加逐渐延长,同时,雨强越大初始产流时间提前幅度越小,覆盖度越大草地延缓初始产流时间的效果越明显;2)裸地和高羊茅草地的径流系数随降雨时间变化规律相似,均随降雨时间的延长先迅速增加后逐渐变缓,经过拟合裸地及高羊茅草地的径流系数与降雨时间均呈对数关系;3)高羊茅草地地表径流系数随着覆盖度的增加而降低,随着雨强的增加而增加,且覆盖度越低雨强对径流系数的影响越显著,反之则越不显著;4)高羊茅草地对径流系数的削减能力有限,随着雨强的增加两种覆盖度草地径流系数削减率越相近,在雨强为30、60和90mm/h时两种覆盖度草地径流系数削减率分别相差25%、24%和23%;5)建立试验条件下高羊茅草地径流系数与降雨强度、覆盖度、降雨时间的回归方程,经过验证,方程可用于试验条件下高羊茅草地径流系数的预测。      

水文过程中降雨径流对非点源污染的影响(英文)

[目的]研究降雨径流对非点源污染的影响,拟通过控制降雨径流产生的污染来减少非点源污染。[方法]通过分析降雨径流的水文过程、其与非点源污染物的作用机理及其对非点源污染的影响,以及水文模型在该研究中的应用,探讨如何有效的减少非点源污染。[结果]降雨径流是非点源污染的主要原因,通过源头控制,加强地表非点源污染物清除和控制,在坡地上种植植被,可有效减少降雨径流对土地的冲刷和侵蚀,减少水土流失。水文模型的应用使该研究简单化。[结论]研究表明对降雨径流过程进行控制将有效减少非点源污染。     

水文过程中降雨径流对非点源污染的影响

[目的]研究降雨径流对非点源污染的影响,拟通过控制降雨径流产生的污染来减少非点源污染。[方法]通过分析降雨径流的水文过程、其与非点源污染物的作用机理及其对非点源污染的影响,以及水文模型在该研究中的应用,探讨如何有效的减少非点源污染。[结果]降雨径流是非点源污染的主要原因,通过源头控制,加强地表非点源污染物清除和控制,在坡地上种植植被,可有效减少降雨径流对土地的冲刷和侵蚀,减少水土流失。水文模型的应用使该研究简单化。[结论]研究表明对降雨径流过程进行控制将有效减少非点源污染。     

合肥市校园区降雨径流污染特征研究

[目的]研究合肥市校园区屋面和路面两类不同下垫面降雨径流污染特征。[方法]以SS、CODCr、TN和TP作为主要水质指标进行比较,分析校园内屋面和路面2010年4场降雨径流污染物输出规律和降雨径流水质特征及其差异。[结果]合肥市校园区降雨径流污染负荷水平较高,降雨径流主要污染物浓度一般在降雨初期较高,后期随着降雨历时的延长浓度下降,并趋于稳定;不同类型下垫面对降雨径流水质的影响差异较大,受人为活动直接干扰的路面降雨径流中SS和TP平均浓度远高于屋面,CODCr和TN平均浓度略高于屋面;合肥地区大气湿沉降对降雨径流中TN的贡献很大。[结论]该研究可为合理开展城市径流面源污染控制和有效利用城区雨水资源提供科学依据。     

标准坡面人工草地减流减沙效应及其坡面流水力学机理研究

通过放水冲刷实验,研究草地与裸地坡面土壤水分入渗及产流产沙过程,分析草地减流减沙效益,并从水力学特性剖析草地调控水沙的机理.结果表明:①裸地与草地坡面土壤水分入渗过程均符合Horton入渗公式i=ic＋(i0－ic)e－kt;与裸地相比,草地入渗率增加40％,产流时间推迟2.5 min,径流系数减少28.3％,输沙率减少78.4％.②裸地坡面输沙过程呈高—低—高变化趋势,而草地呈现先增后减趋势.③草地坡面流属于层流中的缓流流态,裸地则属于过渡流的急流流态,说明草地坡面抵抗侵蚀力和泥沙搬运的能力明显强于裸地;草地可明显降低径流流速,增加阻力系数和曼宁糙率系数,但对径流深度影响不明显.      

90%盖度狗牙根草地对次降雨径流削减作用

利用人工模拟降雨试验研究了不同降雨强度和坡度条件下,90%盖度狗牙根草地(以裸地为对照)对次降雨地表径流产生过程的影响以及对径流总量的削减作用。结果表明:1)与裸地相比,狗牙根草地对初始产流时间延长效果明显,最小延长4′2″,最大延长29′8″;对裸地径流总量的削减率最高达59.04%,平均削减率为47.76%,削减效果显著;2)狗牙根草地相比裸地能够很好地延缓峰现时间。随着坡度和降雨强度的增加,狗牙根草地和裸地产流速率趋于稳定所需时间也在缩短,狗牙根草地和裸地的稳定产流速率也在不断增大; 3)随着坡度的增大,狗牙根草地和裸地稳定产流速率之间的差距逐渐缩小,狗牙根草地对总径流量的削减是呈减弱的趋势;4)拟合了径流削减率与降雨强度、坡度的方程,E=I－0.23(1－sin θ)0.58×e4.93×100%,双侧统计相关性显著。      

鲁中南降雨因子对不同种植下坡耕地产流产沙影响的灰色关联分析

[目的]探讨鲁中南山区影响不同种植下坡耕地产流产沙的主要降雨因子。[方法]通过对鲁中南山区不同种植下降雨因子与径流泥沙量的灰色关联分析,研究不同种植下不同降雨因子对径流量、泥沙量影响的主次关系。[结果]不同种植类型下,不同降雨因子对径流量和泥沙量影响的关联序并不一致。降雨量是影响径流量的主导因子,而在自然草地径流小区,PI30对径流量的影响最大;降雨强度是影响泥沙量的主要因子,而在沙打旺径流小区,PI对泥沙量的影响最大。在花生径流小区和自然草地径流小区,复合因子对径流量、泥沙量的影响最小;在沙打旺径流小区,降雨强度对径流量的影响最小,而复合因子对泥沙量的影响最小。[结论]该研究为当地坡面水土流失综合治理以及土地的优化利用和可持续发展提供了理论依据。     

自然降雨条件下淮北平原农田氮素流失特征研究

[目的]研究自然降雨过程中农田氮素径流流失特征。[方法]基于淮北平原区1次典型的自然降雨,分析降雨强度、径流量及排水中TN、PN、NH_4~+-N和NO_3~--N的质量浓度变化。[结果]自然降雨条件下,降雨强度和径流量变化趋势基本一致,但产流时间较降雨时间以及径流量较降雨强度的变化均有一定滞后效应;随着径流量增大,排水中TN、PN和NH_4~+-N的质量浓度快速增大,且达到峰值的时间较径流峰值时间提前,峰值过后三者质量浓度快速下降,降雨停止后随着径流减少TN趋于稳定,PN和NH_4~+-N继续降低,NO_3~--N质量浓度与径流量呈反向变化特征;随着雨强和径流量的变化3种形态氮素比例动态变化,且降雨时颗粒态氮大于溶解态氮,降雨停止后PN和可溶态NH_4~+-N减少,可溶态NO_3~--N增加;相关性分析表明,降雨强度与径流量、NH_4~+-N、PN和TN呈正相关关系,与NO_3~--N呈负相关关系;整个径流过程TN、PN、NH_4+~-N和NO_3~--N质量浓度均值分别为11.50、6.58、2.11和2.88 mg/L,均超出了地表水Ⅴ类水的标准。[结论]自然降雨径流过程中农田排水给周围水体带来较大的环境风险,该研究为该区域氮素流失特征研究及面源污染控制提供理论基础。     

干热河谷植被覆盖对雨季地表径流和土壤水分的影响（摘要）

[目的]研究干热河谷植被覆盖对雨季地表径流和土壤水分变化的影响。[方法]对云南省元谋县的金沙江段干热河谷植被覆盖坡面及裸地进行雨季地表径流和土壤含水量的连续观测,并对观测数据进行统计学分析。[结果]植被覆盖能够显著减少地表径流量,对照小区（裸地）地表径流量是植被覆盖小区的22倍;植被覆盖下0～180cm土壤含水量比裸地增加37.6%;植被覆盖提高了土壤深层含水量的稳定性,并保持土壤物理性质稳定;不同深度土壤不仅水分含量差异显著,而且土壤水分含量变化也明显不同。[结论]坡面植被覆盖能够明显改变土壤水文,维持土壤水分含量在较高水平,特别是20cm以下的土层。     

天然降雨条件下裸坡、植被坡的产流产沙过程分析

[目的]分析天然降雨条件下,裸坡、植被坡的产沙产流特征。[方法]以10°、15°裸坡和植被坡为试验对象,分析了裸坡、植被坡在天然降雨条件下的产沙产流特征,以及裸坡与植被坡的降雨量与产沙量关系。[结果]裸坡与植被坡的产沙量、产流量都与降雨量、坡度、坡面植被有关。各坡面累积产沙量、产流量的大小关系均为15°裸坡〉10°裸坡〉15°植被坡〉10°植被坡。天然降雨情况下,各坡面产沙量与降雨量均呈幂函数关系。[结论]在相同坡度条件下,植被坡的产沙量、产流量都比裸坡要小,说明其具有较好的水土保持效应。     

雨前土壤含水量对紫色土坡耕地地表产流过程的影响

[目的]为紫色土侵蚀的相关研究提供参考。[方法]试验在盐亭站7个不同坡度、不同土层厚度的径流小区进行,每小区进行两种土壤含水量(10%和20%)的降雨试验,研究雨前土壤含水量对紫色土坡耕地地表产流过程的影响。[结果]当雨前土壤含水量较高时,地表产流较快且径流上升较快,在降雨6 min后开始产流,产流10 min后地表径流达到稳定;而土壤含水量较低时,降雨10 min后才开始产流,产流25 min后地表径流达到稳定;当产流稳定后,2种土壤含水量条件下的稳定入渗率差异不明显,相对偏差小于10%。雨前土壤含水量较高时,地表径流量较大。[结论]雨前土壤含水量对地表产流过程的影响主要体现在降雨初期。     

干热河谷植被覆盖对雨季地表径流和土壤水分的影响

[目的]研究干热河谷植被覆盖对雨季地表径流和土壤水分变化的影响。[方法]对云南省元谋县的金沙江段干热河谷植被覆盖坡面及裸地进行雨季地表径流和土壤含水量的连续观测,并对观测数据进行统计学分析。[结果]植被覆盖能够显著减少地表径流量,对照小区（裸地）地表径流量是植被覆盖小区的22倍;植被覆盖下0-180 cm土壤含水量比裸地增加37.6%;植被覆盖提高了土壤深层含水量的稳定性,并保持土壤物理性质稳定;不同深度土壤不仅水分含量差异显著,而且土壤水分含量变化也明显不同。[结论]坡面植被覆盖能够明显改变土壤水文,维持土壤水分含量在较高水平,特别是20 cm以下的土层。     

镇江市地表径流污染特征分析

[目的]分析镇江市地表径流污染特征。[方法]分别于2010年7月4日和8月16日,采取镇江市不同降雨历时地表径流水样,分析两场降雨地表径流中悬浮物（SS）、化学需氧量（CODCr）、氨氮（NH3-N）和总磷（TP）随降雨历时的变化特征。[结果]随着降雨历时的增加,2010年7月4日和8月16日镇江市两场降雨地表径流的SS浓度先增加后减少,最大浓度分别为1 240和160 mg/L,相差较大,由于7月4日降雨强度较大,降雨后期SS浓度降低幅度也较大;CODCr值的整体变化趋势与SS类似,7月4日CODCr的变化幅度（32～212mg/L）明显大于8月16日的（13～53 mg/L）;NH3-N和TP浓度的变化趋势相近,即降雨初期浓度呈增加趋势,一定时间后便急剧减少,降雨末期NH3-N和TP浓度变化比SS更为剧烈。[结论]该研究为雨水径流水质变化与处理研究提供了理论依据。     

哈尔滨松北湿地对农业非点源污染截留和去除效应研究

哈尔滨松北湿地位于松花江北岸,属于典型的农田与地表水体中间缓冲地带,通过选取有代表性的地点进行监测试验,运用SCS模型和溶解态氮磷污染负荷模型进行径流量和污染负荷估算,并进行相关数据的实验和分析,结果表明:(1)哈尔滨松北湿地地表径流中非点源污染负荷:TN的平均浓度11.56 mg/L、NO3--N平均浓度3.68 mg/L、NH4--N平均浓度2.02 mg/L、TP平均浓度0.99 mg/L;(2)降雨径流形成初期,TN、硝态氮、氨氮的浓度较高,1个小时后,浓度开始下降。TN峰值出现在径流形成后55 min,TP峰值出现在径流形成25 min,呈波浪型下降;(3)降雨两日后湿地水体中的TN、NO3--N、NH4+-N、TP浓度均有大幅度的下降,且浓度均低于农田径流中污染物的浓度,其中,TN减少了74.22%、NO3--N减少了50.38%、NH4+-N减少了77.94%、TP减少了17.91%。说明松北湿地对农业非点源污染物有很好的截留和去除效果。     

晋西黄土区不同植被格局坡面产流产沙特征

  目的   研究不同植被格局对坡面产流产沙特征的影响,为黄土高原水资源匮乏地区坡面水土保持植被格局的优化配置提供依据。   方法   采用野外模拟降雨试验,测定5种植被格局（2种块状镶嵌格局、横条带状格局、顺坡带状格局和裸地格局）的产流产沙特征及土壤入渗特征,探讨坡面不同植被格局和破碎度对产流、产沙、入渗的影响。   结果   （1）植被具有良好的蓄水减沙效益,植被的减沙效益为47.44% ~ 91.67%,蓄水效益为25.67% ~ 62.94%,植被的减沙能力强于蓄水能力。（2）植被格局对坡面的产流产沙量均有显著性影响（P < 0.05）,试验所设置的几种格局的蓄水减沙效益依次为:块状镶嵌格局 > 横条带状格局 > 顺坡带状格局。块状镶嵌格局水土保持效果最佳。（3）不同植被格局的产流过程均呈现“快速上升—相对稳定”的趋势,植被格局有助于延迟坡面径流峰值的出现时间。（4）植被斑块的破碎化指数与侵蚀产沙呈反比,植被斑块破碎化程度越高,侵蚀产沙量越低,蓄水减沙效益越好。（5）不同植被格局的入渗系数为:块状镶嵌格局 > 横条带状格局 > 顺坡带状格局 > 裸地,Horton模型对不同植被格局土壤入渗的拟合效果较好。   结论   通过以上研究发现,块状镶嵌格局的蓄水减沙效益明显优于裸地和顺坡带状格局,因此在水资源有限的黄土区,可以采取植被与裸地交替分布的方式种植植被,以达到蓄水、减沙效益最大化。